Effekten af spændingsubalance

Hvis du bruger trefasede systemer, skal du være opmærksom på ubalancerede spændinger, som er et af de mest almindelige elproblemer i industrianlæg. Risikoen for, at din plante kommer i ubalance, er stor, hvis du ikke har foranstaltninger på plads til at forhindre det. Det er ideelt at fange ubalancer, før de forårsager alvorlig skade på dit udstyr.

Nedenfor kan du læse om, hvad spændingsubalancer er, hvad de skyldes, og hvordan du kan forebygge og teste for dem for at beskytte dine elektriske systemer.

Hvad er 3-faset spændingsubalance?

Et trefaset strømsystem er balanceret eller symmetrisk, når de trefasede spændinger og strømme har samme amplitude. Et ubalanceret system betyder, at fasespændingerne er ulige.

Denne ubalance måler forskellen mellem spændingsfaserne i et trefaset system. Dette strømproblem er almindeligt i industrielle kraftværker eller andre anlæg, der kører store maskiner med kraftige motorer.

Spændingsubalancer kan påvirke mange aspekter af din drift, herunder motoreffektivitet, omkostninger og skader.

Hvad forårsager ubalancerede spændinger?

ANSI C84.1 siger: Elektriske forsyningssystemer skal designes og drives, så den maksimale spændingsubalance begrænses til 3%, når den måles ved elmåleren under forhold uden belastning. Det betyder, at det er brugerens ansvar at verificere balancetilstanden for sit eget anlægs spænding.

Når en spænding er ubalanceret, er det ofte på grund af systemets belastningsfordeling. Disse ubalancer kan opstå hvor som helst i et system, og der kan være mange grunde til, at elsystemer er ubalancerede.

Her er nogle af de mest almindelige årsager til ubalancerede spændinger:

• Manglende symmetri i transmissionslinjer
• Store enfasede belastninger, som lysbueovne eller svejsere
• Defekte kondensatorbatterier til effektfaktorkorrektion
• Åbne delta- eller wye-transformere
• Lavt drejningsmoment forårsager mekaniske belastninger
• Høj strøm i trefasede ensrettere og motorer
• Ubalance i den strøm, der løber i nullederen
• Fejlbetjening af udstyr til effektfaktorkorrektion
• Ubalanceret eller ustabil strømforsyning
• Ubalanceret transformerbank, der forsyner en trefaset belastning, som er for stor til banken.
• Ujævnt fordelte enfasede belastninger på det samme elsystem
• Uidentificerede enfasede jordfejl
• Løse, korroderede, hullede stik eller kontaktorer

Selv anlægsforhold kan forårsage eller bidrage til spændingsubalance. For eksempel kan overbelastede transformere, fejlbehæftede effektfaktorkorrektionsenheder, cykliske styringer og forringede reaktorer alle føre til ubalancer. Selv det, der sker på naboværket eller længere oppe ad elledningen, kan påvirke spændingsubalancen på dit anlæg.

Effekter af spændingsubalance

Spændingsubalance kan være skadeligt for motorer. En forskel i fasespændinger forårsager cirkulerende strømme i trefasede motorer, hvilket resulterer i en strømubalance, der er seks til 15 gange højere end spændingsubalancen. Den ekstra strøm bidrager til øget motoropvarmning, som kan være alvorlig med en stor nok ubalance. Denne højere motortemperatur nedbryder den omgivende isolering, forkorter motorens levetid og fører til, at motoren brænder sammen.

Andre effekter af ubalanceret strøm og spænding omfatter øget pulsering, mekanisk stress, vibrationer og tab. Derudover er vedligeholdelsesproblemer som slidte kontakter og løse forbindelser almindelige. Disse problemer kan få en motor til at larme, køre ved høje temperaturer og svigte for tidligt.

Spændingsubalancen vil desuden ændre andelen af den låste rotorviklingsstrøm, som allerede er relativt høj, fuldlasthastigheden vil blive reduceret en smule, og drejningsmomentet vil blive reduceret. Hvis spændingsubalancen er stor nok, er det reducerede drejningsmoment måske ikke tilstrækkeligt til anvendelsen, og motoren vil ikke nå sin nominelle hastighed.

NEMA-standard MG-1 siger, at flerfasede motorer skal fungere godt under kørselsforhold ved nominel belastning, når spændingsubalancen ved motorklemmerne ikke overstiger 1%. Desuden anbefales det ikke at bruge en motor med en ubalance på over 5%, og det vil sandsynligvis resultere i skader på motoren.

Selvom det generelt ikke er ønskeligt, kan et andet korrigerende tiltag være at neddrosle en motor. Når spændingsubalancen overstiger 1%, skal en motor nedreguleres, for at den kan fungere korrekt. Derating-kurven, som er vist nedenfor, viser, at ved den grænse på 5 %, som NEMA har fastsat for ubalance, vil en motor blive væsentligt derated til kun ca. 75 % af dens nominelle hestekræfter.

Spændingsubalance kan være skadeligt for de 3-fasede DC-konvertere, der bruges i frekvensomformere (VFD’er). Problematiske frekvensomformere (VFD), der har generende tripping, som viser alle tegn på overbelastning af kredsløbet, selv om målingerne viser noget andet, kan have ubalancerede fasestrømme. VFD-linjestrømmen kan blive meget ubalanceret på grund af for høj strøm i en eller to faser. Det sker, selv om den gennemsnitlige strøm i de tre faser er langt under VFD’ens nominelle strømstyrke.

Forenden af VFD’er bruger et arrangement af højeffektdioder til at konvertere den 3-fasede AC-indgangseffekt til at skabe DC-bussen som et reservoir for effektinvertersektionen. Strømmen gennem indgangens ensrettersektion trækkes i pulser. Ideelt set er strømmen gennem hver diode ligeligt fordelt, men spændingsubalance, der leveres til VFD’ens indgang, forårsager ulige strøm gennem de enkelte dioder, hvilket resulterer i for tidligt og hyppigt svigt af strømdioderne. Det ubalancerede output fra de nuværende dioder vil skabe øget harmonisk indhold. Når udgangsimpulserne bliver mere ubalancerede, vil de tredobbelte strømovertoner også stige.

Hvorfor er det vigtigt?

De mest åbenlyse grunde til at bekymre sig om spændingsubalance er reduceret motoreffektivitet og ydeevne – begge dele påvirker din virksomheds rentabilitet. En given motors effektivitet vil variere afhængigt af faktorer som applikationstype, belastning og forsyningsspænding.

En strømforsyning med en større spændingsubalance vil øge ^I2R-tabet– dvs. strøm i kvadrat gange modstand – i rotoren og statoren, hvilket betyder, at mere af den tilførte strøm vil blive omdannet til varme og mindre til arbejde. Motoren vil køre varmere og dermed mindre effektivt. Bemærk, at øget rotortab vil øge “slip”, så motoren vil dreje lidt langsommere og udføre mindre arbejde på en given tid.

Den grundlæggende Arrhenius-ligning siger, at den kemiske hastighed fordobles for hver grad C, temperaturen stiger. Ved at anvende denne ligning på motorens isolering er det let at se, at enhver stigning i temperaturen vil reducere motorens levetid dramatisk. Følgende tabel viser effekten af viklingstemperatur som følge af spændingsubalance.

Når ubalancer skader dit udstyr, vil dit anlæg opleve nedetid, fordi motorerne ikke kører så effektivt, som de burde. Ud over de penge, der går tabt under nedetid, vil dine beskadigede motorer kræve dyre udskiftninger eller reparationer.

Sådan undgår du et ubalanceret strømsystem

For at forhindre spændingsubalance skal belastningerne være ligeligt fordelt over faserne i en tavle. Når en fase bliver mere belastet end de andre, vil spændingen på den fase være lav, hvilket resulterer i en ubalance. En jævn fordeling af dine belastninger hjælper med at forhindre, at én fase bliver overbelastet.

Ved at forstå årsagerne til en ubalance kan du og dine teknikere holde øje med tegnene og arbejde på at forebygge dem. Den bedste måde at forebygge ubalancer på er at teste for spændingsubalancer og finde ud af, hvad der kan være årsagen til dem. Selv hvis der er en lille ubalance et eller andet sted i systemet, kan det hjælpe dig at teste for det nu, før virkningerne er skadelige. ATPOL III™ Energized Electrical Signature Analysis (ESA) Testing Instrument med tilhørende ATPOL 8.0-software kan hurtigt og præcist måle og beregne spændingsubalancen, der leveres til disse industriens arbejdsheste som en del af de rutinemæssige strømførende motortests, der tager mindre end 1 minut. ATPOL 8.0-softwaren beregner den procentvise spændingsubalance og giver den passende spændingsreduktionsfaktor.

Den bærbare ATPOL III™ kan hurtigt tilsluttes ved hjælp af et specielt stik til forudinstallerede ALL-SAFE©-stik eller ved hjælp af aftagelige CT’er og spændingssonder i enhver lettilgængelig motorstyring eller afbryder. For at give ekstra beskyttelse til de stadig mere populære VFD’er kan de endda teste indgangsstrømmen til disse dyre controllere for at sikre, at spændingsubalancen, der kan føre til strømubalance gennem ensrettersektionerne, ikke er til stede.

Sådan beregnes ubalanceret strøm

For manuelt at beregne procentdelen af en ubalanceret spænding, skal du først bestemme den gennemsnitlige strøm eller spænding og den største afvigelse. Derefter dividerer du afvigelsen med den gennemsnitlige spænding og ganger det tal med 100 for at få din procentdel.

Procentdelen af spændingsubalance:

For eksempel: V1 = 469

V2 = 478

V3 = 461

Gennemsnitlig spænding = 469,33 V2 har en maksimal afvigelse på 8,66667

% VUB = 100(8,66667/469,33) = 1,84%.

ATPOL er det ideelle værktøj at tilføje til din værktøjskasse til forebyggende vedligeholdelse til test af strømførende motorer. Ved rutinemæssigt at udføre en ESA-motortest med ALL-SAFE PRO©kan anlæg hurtigt udføre en komplet inspektion af hele motorsystemet.

ATPOL III™bruger motorens spænding og strøm til at få adgang:

• Tilstanden fra indkommende strøm
• Motorens og ubalancens elektriske og mekaniske tilstand
• Fejljustering
• Lejeforhold
• Løshed
• Gnidninger af lasten
• Anomalier i processen, som f.eks. kavitation

Bærbare målinger kan nemt foretages fra alle motorer, der ikke har alle sikringer, ved hjælp af bærbare, clamp-on eller fleksible CT’er.

ATPOL III™ udfører en samtidig dataopsamling af alle tre faser af spænding og strøm for at skabe grafer, tabeller og displays, der kan bruge strømkvaliteten som et forudsigeligt vedligeholdelsesværktøj, der er nødvendigt for at placere dit udstyr i toppen af verdensklassefaciliteter. Brug V-ubalance til at forudsige for tidlige isolationsfejl i viklinger for at bestemme reduceret motorlevetid forårsaget af spændingsubalance.

Test dine motorer nøjagtigt med ALL-TEST PRO

Motortest er afgørende for at sikre, at dit udstyr fungerer korrekt, og for at finde eventuelle fejl eller potentielle problemer, så de kan blive løst. For at sikre nøjagtighed, når du tester dine motorer, skal du bruge ALL-TEST-produkter. Uanset om du tester for spændingsubalancer eller udfører strømløs test, kan vores produkter hjælpe dig med at bestemme status for din motor.

ATP kender motorer. ATP har specialiseret sig i strømførende og strømløse løsninger til felttest. ATP’s produkter er bærbare, lette, nemme at bruge, nøjagtige og giver den tidligste registrering af potentielle problemer, så dit anlæg kan køre effektivt og sikkert.